[發明專利]單相在線拓撲可切換型逆變器

無效

• 申請號: 201310533131.1
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103532421A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 駱素華;吳鳳江;駱林松;馮帆;張陸捷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及電能變換技術領域。

背景技術

當今世界的能源緊缺、環境日益惡化等問題已經受到廣泛關注。具有清潔、零污染特性的光伏發電技術為解決能源問題提供了新的發展方向。由于光伏發電源受到太陽光強的影響，其輸出電壓呈現波動性較大的特點，難以直接應用于并網發電或者恒壓交流電源等領域。為解決上述問題，基于DC-DC-AC的兩級式變換結構、單級式的Z源逆變器結構以及多電平功率變換結構均在光伏發電系統中有所應用。DC-DC-AC的兩級結構主要由光伏電池，DC-DC變換器，DC-AC逆變器組成。其中DC-DC變換器負責直流母線電壓恒定控制，以使得直流母線電壓保持恒定，減小對交流側輸出電壓的影響，另外使系統能夠始終滿足交流逆變所需的電壓約束條件。這種兩級結構，一方面可以得到穩定的直流電壓、拓寬發電范圍，另一方面易于實現最大發電功率點跟蹤控制。但是這種結構的發電范圍受限于直流逆變器的升壓比，而且難以大功率化。另外兩級式結構的損耗較大，導致系統整體效率降低。

單級結構的Z源逆變器能夠同時實現直流電壓的升壓控制和DC-AC逆變控制。Z源逆變器系統里，主要通過由兩個電容和兩個電感構成的Z源網絡，再經過逆變器，將能量輸入電網。這種Z源結構允許逆變器工作在直通或斷路狀態，從而實現升降壓，增加了逆變電路工作的安全性，而且單級結構減少了一個開關器件，簡化了控制、驅動電路。但是，Z源逆變器直流側電壓受Z源變換器電感和負載的影響較大，當負載較小或電感值較低時，直流母線電壓會產生跌落，對交流輸出電壓造成影響。

近年來，多電平逆變技術在光伏發電領域的應用逐漸受到關注。多電平逆變技術由于其等效開關頻率高，因此采用較小的濾波器即可以獲得較高的電能質量，并可以降低濾波器的高頻損耗。利用級聯型多電平逆變器能夠將發電源的輸出電壓進行疊加的特性，可以提高逆變器輸出電壓等級，易于實現在較小發電功率時的運行，由此拓寬光伏發電源的發電功率下限。但是在發電功率較大時，直流電壓升高，濾波器損耗隨之增加，同樣降低了系統效率。多電平逆變技術用于光伏發電系統的共性不利因素是，由于功率器件多，開關損耗大，與兩電平逆變器相比，其效率降低明顯。

發明內容

本發明為了解決現有固定拓撲的逆變器的結構復雜和功率器件損耗嚴重，進而影響逆變器工作效率的問題，提出了單相在線拓撲可切換型逆變器。

單相在線拓撲可切換型逆變器，它包括一號直流電源U_dc1、二號直流電源U_dc2、一號功率開關S₁₁、一號二極管D₁₁、二號功率開關S₁₂、二號二極管D₁₂、三號功率開關S₁₃、三號二極管D₁₃、四號功率開關S₁₄、四號二極管D₁₄、五號功率開關S₂₁、五號二極管D₂₁、六號功率開關S₂₂、六號二極管D₂₂、七號功率開關S₂₃、七號二極管D₂₃、八號功率開關S₂₄、八號二極管D₂₄和雙向開關S₃，

一號直流電源U_dc1的正極同時與一號功率開關S₁₁的功率輸入端、一號二極管D₁₁的陰極、三號功率開關S₁₃的功率輸入端和三號二極管D₁₃的陰極連接，

一號直流電源U_dc1的負極同時與四號功率開關S₁₄的功率輸出端、四號二極管D₁₄的陽極、二號功率開關S₁₂的功率輸出端、二號二極管D₁₂的陽極和雙向開關S₃的功率輸入端連接，

一號功率開關S₁₁的功率輸出端作為單相在線拓撲可切換型逆變器的一號電壓輸出端同時與四號功率開關S₁₄的功率輸入端、一號二極管D₁₁的陽極和四號二極管D₁₄的陰極連接，